1、立项原因：

随着煤炭日益开采，煤炭资源在日益减少，为了节约煤炭资源提高回采率，小煤柱巷道掘进技术将逐渐被广泛使用。过去巷道布置时为躲避压力，留设大煤柱，巷道煤柱宽度一般在15米以上，但掘进过程中有时还是会收到压力影响而采取加强支护，造成资源的极大损失；小煤柱巷道掘进技术解决了巷道保护煤柱的浪费，同时掘进过程中在压力集中区域提前采取加强支护，避免了后期补强支护的麻烦，尤其时多重压力影响下的小煤柱巷道掘进。

受动压开采影响，掘进巷道的变形特征呈现出复合特征。主要有三个特征：

   1）掘进开始阶段变形速率大

受动压开采影响使得煤岩体中聚集了很高的弹性能量，而且由于巷道掘进后会产生载荷卸载的作用，这将导致所储存的弹性能量较快地释放出来，最终引起巷道刚掘出时产生很大的变形速率。

   2）变形量大，返修率高

 研究表明，受动压开采影响巷道变形量可达500mm-800mm(若没有合理的进行支护，巷道围岩的变形量可达到1000mm）。随之而来的是巷道的返修率能达到40%-80%。

   3）普通的支护不能控制巷道的变形

动压开采影响下掘进小煤柱巷道，巷道围岩变形更为剧烈，破坏程度也更加严重。这就要求选择合理的支护材料、支护方式来控制掘进巷道的变形，降低巷道维护稳定的费用。

2、成果内容：

1工程概况及地质条件

1.1工程概况

12#层307盘区5737巷沿12-1#与12-2#合并煤层掘进，该巷井下位置北起12#层307盘区巷，南到后所沟村保护煤柱，西面为12#层8735面（未开采），东面12#层8739面（正采）；12#层5737巷与相邻12#层2739巷留设5米保护煤柱，掘进过程中受同层相邻的12#层307盘区8739工作面回采动压影响，同时还受上覆保护煤柱压力影响且层间距最低为3.3米。

具体布置如图1所示

图1 12#层307盘区5737巷平面布置图

1.2地质条件

12#层307盘区5737巷设计长度467米，煤层北高南低的单斜构造，煤层厚度为1.93米～2.3米，平均2.12米。煤层倾角平均3°，与上覆11#层层间距为3.3～13.65米，平均层间距8.18米；本巷掘至23米进入上覆为11#2739空巷，预计掘进至63米进入上覆11#层8739面采空区，掘进至342米出上覆11#层采空区，进入上覆11#层实煤压力区，447米出上覆11#层实煤区，进入11#层8739面采空区。

2 多重压力影响下极近距离小煤柱巷道掘进技术理论方案确定

2.1巷道位置的选择

煤层开采过程破坏了原岩应力的平衡状态，引起应力重新分布。由于支撑压力的影响，可分为应力降低区、应力增高区、原岩应力区。因此，可能的掘巷位置有四种：[1]1无煤柱完全沿空掘巷；2应力降低区留小煤柱掘巷；3应力增高区留较大煤柱掘巷；4原岩应力区留大煤柱护巷。根据压力分布及现场施工经验分析，在应力降低区留小煤柱掘巷方案不仅使巷道处于应力降低区，维护容易，且能有效的防止采空区漏风，避免采空区积水和有害气体的涌出。因此，理论上动压开采期间留小煤柱掘巷方案最为可行。

2.2巷道支护方案的选择

根据四台矿《12#层307盘区5737巷掘进地质说明书》中提供的煤层顶、底板情况分析，12#层307盘区5737巷道顶板直接顶为粉细砂岩互层，平均厚度达8m，老顶为细砂岩，适合锚杆+锚索钢梁支护。为了将锚杆加固的“组合梁”悬挂于坚硬岩层中，需用锚索做联合支护。即初步确定5737巷采用矩形断面，锚杆+长钢带＋锚索＋长钢梁＋金属网联合支护。

3 多重压力影响下极近距离小煤柱巷道压力分析

3.1压力来源

12#层5737巷压力来源主要受上覆11#层8739面采空区和11#层8737面采空区中间保护煤柱压力与同层12#层8739面回采动压多重压力影响。

3.2多重压力分析

1)上覆煤柱压力分析

根据压力分析及现状评价12#层5737巷属于双侧上覆采空区类型，受中间保护煤柱压力影响，保护煤柱宽度越窄，应力峰值就越大且比较集中，上覆压力传递至巷右帮开始释放，巷内压力显现体现在右帮炸帮严重，顶板破碎。

2）回采动压分析

12#层5737巷回采动压来源于同层12#层8739面回采压力影响，根据图示及现场压力显现情况分析，12#层5737巷属于一侧回采同层保护煤柱类型，巷道围岩处于弹性变形，应力分布如右上图所示，通过计算，巷道处于煤柱的承载能力与支撑压力平衡状态中；随着12#层8739面后古塘塌落，压力得到释放，12#层5737巷受到的压力影响较小，巷内无明显压力显现。

     压力分析如图2所示

      图2 12^#层307盘区5737巷多重压力分析

4 多重压力影响下极近距离小煤柱巷道现场实践方案

4.1巷道支护方案的设计

根据相邻巷道矿压观测数据及支护经验分析，以及锚杆悬吊理论计算验算，确定12#层5737巷设计为矩形断面，巷道顶板采用锚杆+长钢带＋锚索＋长钢梁＋金属网联合支护，巷道两帮采用锚杆+预应力垫片+菱形金属网支护。

进入11#层8739采空区前：锚杆布置五排，排间距750×1000mm, 使用φ18×1800 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合长钢带与预应力垫片；锚索布置三排，排间距1400×2000mm，两端锚索斜拉65度，使用φ17.6×6000㎜的钢绞线配套3.2米长钢梁支护。帮锚杆间距压缩为1000×1000mm，左右帮锚杆布置为三排，上端锚杆与下端锚杆斜拉15度；

进入采空区后，要随时掌握与11#层采空区层间距，并根据层间距大小变化调整支护方案。

支护设计如图3所示

图3  12^#层307盘区5737巷进入采空区前支护断面图

4.2与相邻同层12^#层8739面采掘交锋期间处理方案

12#层5737巷与12#层8739面保护煤柱为5米，为保证12#层8739工作面回采期间头巷后古塘能及时垮落释放压力，减小对12#层5737巷的回采动压影响，决定在12#层8739面2739巷施工切顶眼。施工切顶眼距煤柱帮0.2米；角度垂直布置；切顶眼施工间距0.3米；施工眼深5.3米，眼深比层间距小1.0米；施工长度为12#层5737巷与12#层8739面采掘交锋前后50米，施工切顶眼要保证切顶眼成一条直线，根据施工位置，施工期间使用线绳进行测量，保证切顶眼成一条直线。

如图4所示

图4  12^#层5737巷与12^#层8739面采掘交锋施工切顶眼示意图

5 12^#层5737巷现场应用效果

5737巷掘进期间经过100d矿压观测，巷道两帮移近量150mm，顶底板相对移近量100mm，巷道基本没有发生变形。所以51022巷受动压开采及小煤柱双重压力影响，但在护帮对穿锚索、切顶眼及巷道支护综合作用下，顶、底、帮的维护难的问题得到了有效的控制，有效的降低了巷道片帮冒顶现象发生的概率，对人员的安全有保证。现场如图5所示。   

                      图5   12^#层5737巷现场照片

3、创新点：

3.1、动压开采影响下，巷道过采掘交锋应力集中区域的顶、底、帮的维护难的问题得到了有效的控制。

3.2、有效的降低了巷道片帮冒顶现象发生的概率，对人员的安全有保证。

3.3、有效的控制了巷道垂直应力及水平应力的显现，

3.4、通过该特种支护工艺使得在巷道周围形成了稳固拱，稳固了巷道的成型，降低了巷道后期维护的工作量。

4、社会效益：

小煤柱巷道掘进技术在我矿已成功应用，而在受多重压力影响下的12#层307盘区5737巷也已顺利完成，证明小煤柱巷道掘进技术在我矿已成熟，为日后研究新的方向奠定了坚实的基础。节约煤炭资源提高回采率，5737巷小煤柱掘进可以为本矿多回采出5万吨煤，直接经济效益240万，小煤柱巷道掘进技术将逐渐被广泛使用，提高了掘进速度及成巷率，保证安全生产。

多重压力影响下极近距离小煤柱巷道掘进技术

经济社会效益证明

受多重压力影响下的12#层307盘区5737巷顺利施工完成，为我矿多回采出5万吨煤，直接经济效益240万，创造了巨大的经济效益。这种巷道掘进技术的应用，有效的防止矿压显现造成的顶板下沉、两帮炸帮严重、底板鼓起等现象，给巷道维护及后期采煤创造了良好的条件，加快了安全生产了，有效的提高了掘进速度及成巷率，为该盘区的准备工作节余了很多时间。

通过该特种支护工艺使得在巷道周围形成了稳固拱，稳固了巷道的成型，降低了巷道后期维护的工作量。动压开采影响下，巷道过采掘交锋应力集中区域的顶、底、帮的维护难的问题得到了有效的控制；有效的降低了巷道片帮冒顶现象发生的概率，对人员的安全有保证；有效的控制了巷道垂直应力及水平应力的显现。